Совместная работа турбины, компрессора

И ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

8.1. Согласование характеристик турбины и компрессора

                  в составе турбокомпрессора

       При создании и совершенствовании поршневых двигателей с газотурбинным наддувом желательно многие вопросы проработать расчетным путем до создания агрегата наддува и проведения экспериментальных работ. В большинстве случаев необходимое представление о возможностях и параметрах работы турбокомпрессора даёт его характеристика.

Характеристикой турбокомпрессора называют графики изменения степени повышения давления воздуха , КПД компрессора , степени понижения давления газа в турбине , КПД турбины , температуры газа перед турбиной  и других параметров в зависимости от расхода воздуха  или газа  и частоты вращения ротора  при совместной работе компрессора и турбины в составе турбокомпрессора. Характеристика турбокомпрессора может быть построена по результатам его испытаний на специальном стенде или совмещением характеристик турбины и компрессора, полученных экспериментально. Приближенная характеристика турбокомпрессора может быть получена расчетным путем.  

Условие совместной работы турбины и компрессора на установившемся режиме требует равенства мощностей , частоты вращения  и, принимая утечки газа равными расходу топлива, расходов .

Совмещение характеристик турбины и компрессора для определения их показателей, обеспечивающих эффективную совместную работу, является достаточно сложным и трудоемким процессом.

Для совмещения характеристик параметры турбины и компрессора приводят к нормальным или заданным условиям в соответствии с теорией подобия. Параметры приведения «» для турбины и компрессора имеют вид:

• расход газа и воздуха    и ;

• частота вращения ротора    и ;

• мощность      и .

     Приведенные значения показателя работы турбины и компрессора определяются по зависимостям

и т.д., где ,  ­– давление и температура в среде, к которой приводятся показатели турбины и компрессора.

По приведенным значениям строятся графики зависимостей от расхода газа и его температуры на входе в турбину следующих параметров:

;   и  при .

На полученную характеристику накладывается характеристика компрессора, анализируются режимы их совместной работы и определяется необходимость соответствующих регулировок турбины и компрессора.

Рассмотрим пример одного из методов построения характеристики турбины и совмещение ее с характеристикой компрессора. Для расчетного режима принимаем температуру  и перепад температуры в турбине . С использованием равенства

вычисляются значения адиабатного теплоперепада  и степени понижения давления газа в турбине . На основании опытных данных принимается КПД турбины  и определяем ориентировочные значения мощности турбины  при различных расходах газа . Аналогичные построения выполняются для других значений  при  (рис. 8.1).

Соединив точки (1, 2, 3) на кривых , получим график изменения мощности компрессора .  

Рис. 8.1. Совмещение характеристик турбины и компрессора

Значения  должны обеспечивать равенство мощностей  в точках, соответствующих значению расхода  согласно уравнениям:  

и  .

  Графики  строятся с использованием опытных и  эмпирических зависимостей для значений, которые обеспечивают совместную работу турбины и компрессора в составе турбокомпрессора. Затем аналогичные построения выполняют для других значений частоты вращения ротора   .

    Далее на исходной характеристике компрессора находят значения   , удовлетворяющие условиям совместной работы турбины и компрессора, при различных   .